Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit Kühlungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungs-Schaltanlagen, insbesondere einen Trennschalter, bei welchem in einem Metallgehäuse mittels druckgasdichter elektrisch isolierender Durchführungen strom- und spannungsführende Elektroden mit mindestens einem festen und einem beweglichen Kontakt sowie mechanische Antriebsmittel für den beweglichen Kontakt gehalten und die Elektroden Abschirmungen für die mechanischen Teile und Kontakte darstellenden Metallkörper sind.
Hochspannungs-Schaltanlagen sind im allgemeinen aus gekapselten Bausteinen zusammengesetzt, die zur Isolation der stromführenden Teile ein elektrisch isolierendes Gas enthalten. Um bei Schaltgeräten für starke Ströme, z. B. 3000 A und mehr, Schäden durch Überhitzung zu vermeiden, ist für eine gute Wärmeabfuhr zu sorgen. Es sind z. B. metallgekap selte Leistungsschalter bekannt, die in einer Umhüllung aus Giessharz einen doppelwandigen Windkessel enthalten, in welchem ein flüssiges Kühlmittel zirkuliert. Bei anderen bekannten gekapselten Schaltgeräten enthält die Strombahn metallische, als Kühlblöcke ausgebildete Teile. in denen Kühlrohre untergebracht sind, die über Isolierleitungen von aussen mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
Für die Versorgung der Schaltgeräte mit einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit sind besondere Vorrichtungen erforderlich und zudem muss die Kühlflüssigkeit durch die Isolation hindurch geführt werden, wodurch vor allem bei der Ausführung mit Kühlblökken die dielektrische Festigkeit der Schaltgeräte beeinträchtigt wird, da sich infolge der Ablagerung von Erosionsprodukten auf den Kühlmittelleitungen Kriechwege bilden können.
Mit zirkulierender Kühlflüssigkeit gekühlte Schaltgeräte sind demnach aufwendig und teuer und ausserdem bei längerer Betriebsdauer nicht mehr zuverlässig. Die elektrische Festigkeit eines Schaltgerätes gefährdenden, durch Erosionsprodukte der Kontakte verursachten Kriechweges kann auch auf den elektrisch isolierenden Durchführungen, die meist in der Form von konischen Stützisolatoren ausgebildet sind, entstehen und ferner können sich die anfallenden Erosionsprodukte auf die mechanischen Teile des Schaltgerätes, d. h. auf den mechanischen Antrieb für den beweglichen Kontakt und die Erdungsvorrichtungen schädlich auswirken, so dass ausser der Kühlvorrichtung bei den genannten bekannten Schaltgeräten noch zusätzliche Schutzmassnahmen nötig sind, wenn diese während einer langen Betriebsdauer zuverlässig arbeiten sollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät mit Kühlungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungs-Schaltanlagen zu schaffen, das, für hohe Stromstärken von mindestens 4000 A verwendbar, eine gegenüber den erwähnten früheren Leistungsschaltern weniger aufwendige Kühlung aufweist und bei dem die Entstehung von die elektrische Festigkeit beeinträchtigenden Kriechwegen weitgehend behindert ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass die Metallkörper der strom- und spannungsführenden Elektroden zusätzlich mit Kühlflächen bildenden Formelementen ausgestattet sind. Vorzugsweise kann der Elektroden Metallkörper als eine ballonförmige, den Elektrodenkontakt und gegebenenfalls die mechanischen Teile der Elektrode umgebende Umhüllung von kreisrundem oder ovalem Querschnitt ausgebildet sein, die zur Trennstrecke und zur isolierenden Elektroden-Durchführung hin konvexe Endkappenteile und im dazwischenliegenden Mantelteil Ausnehmungen mit einwärtsgebogenen, abgerundeten Rändern aufweist.
Der Mantelteil kann als Ausnehmungen insbesondere kreisrunde oder ovale Löcher enthalten. Der Mantelteil kann aber auch parallel zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze undloder senkrecht zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze oder zur Elektrodenachse schräg verlaufende Schlitze enthalten, wobei die Schlitzrichtung durch die vorgesehene Einbaulage des Schaltgerätes bestimmt ist. Für die Kühlwirkung ist die Grösse der Kühlflächen massgebend.
Zur weiteren Vergrösserung der Kühlwirkung kann in dem Elektroden-Metallkörper ein Formelement benutzt werden, das als kreisrund oder ovale Scheibe auf einem den Elektrodenkontakt enthaltenden Mittelteil des Metallkörpers angeordnet ist und dessen Aussenrand einen allseits abgerundeten Wulst trägt, der einen Teil des Umhüllungsmantels bildet. Bei einem Elektroden-Metallkörper können mehrere solcher scheibenförmiger Formelemente vorgesehen sein, die parallel zu einander auf dem Mittelteil angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Wülsten die Schlitze im Umhüllungsmantel bilden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines nach der Erfindung ausgebildeten Trenners mit aufgeschnittenem Gehäuse und
Fig. 2 einen Trenner von bevorzugter Ausführungsform, wobei das Trennergehäuse im Längsschnitt und die Elektroden zum Teil aufgeschnitten dargestellt sind, um Einzelheiten zu zeigen.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Trenner für eine metallgekapselte Ilochspannungs-Schaltanlage ist ein im wesentlichen zylindrisches Metallgehäuse 1 oben und unten durch je eine isolierende Durchführung 2, 3 in Form eines konischen Scheibenisolators druckgasdicht abgeschlossen. Die isolierenden Durchführungen 2 und 3 tragen die stromführenden Elektroden 4 und 5, von denen die untere den Festkontakt und die obere das von einem seitlich am Gehäuse 1 angesetzten Antrieb 7 über eine Drehsäule 6 angetriebene Trennrohr 8 enthält. Des weiteren ist bei dem dargestellten Trenner ein Erdungsstift 9 mit Sprungfederantrieb 10 vorgesehen, durch den die untere Elektrode 5 geerdet werden kann. Das Gehäuse 1 enthält ein elektrisch isolierendes Gas unter Druck. Soweit ist der Aufbau des Trenners durchaus üblich.
Die stromführenden Elektroden 4 und 5 bestehen hier aus Metallkörpern, vorzugsweise aus Aluminiumguss, die an ihrem trennstreckenseitigen Ende je als eine ballonförmige Umhüllung 11 bzw. 12 ausgebildet sind. Bei der unteren Elektrode 5 umschliesst die Umhüllung 12 den Festkontakt und den meist federnd ausgebildeten Einrastteil für den Erdungsstift 9, wobei der Festkontakt durch eine Öffnung für das Trennrohr 8 und der Einrastteil durch eine Öffnung in der Umhüllung für den Erdungsstift 9 zugänglich ist. Der leichteren Überschaubarkeit wegen sind in Fig. 1 der Festkontakt, der Einrastteil und die Öffnungen in der Umhüllung 12 nicht dargestellt.
Die Umhüllung 11 der oberen Elektrode 4 umschliesst das (eingefahrene) Trennrohr 8 und die mechanischen Teile für den Antrieb des Trennrohrs und weist eine untere Öffnung, durch die das Trennrohr 8 ausgefahren werden kann, sowie eine seitliche Öffnung auf, durch die die Drehsäule 6 zu den mechanischen Antriebsteilen des Trennrohrs geführt ist. Auch diese Öffnungen und Antriebsteile sind in Fig. 1 nicht gesondert dargestellt. Die Umhüllungen 11 und 12 besitzen kreisrunden oder ovalen Querschnitt und weisen je einen zur Trennstrecke hin konvexen Endkappenteil 13 bzw. 14, je einen zur isolierenden Durchführung 2 bzw. 3 hin konvexen Endkappenteil 15 bzw. 16 sowie je einen die beiden Endkappenteile 13, 15 bzw. 14, 16 verbindenden Mantelteil 17 bzw. 18 auf.
Damit keine Überschläge infolge von an Kanten und Spitzen vorhandenen hohen Feldstärken auftreten, weisen die Umhüllungen 11, 12 und vor allem auch die Öffnungen ausreichend grosse Krümmungsra dien auf.
Die Mantelteile 17, 18 der Umhüllungen 11, 12 enthalten Durchbrüche oder Ausnehmungen 19, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung die Form von zur Elektrodenlängsachse senkrecht verlaufenden Schlitzen haben. Die Ränder der Ausnehmungen 19 sind mit ausreichend grossem Krümmungsradius einwärts gebogen, um lokale Feldstärkenüberhöhungen auszuschliessen. Durch diese Ausnehmungen 19 strömt das Isoliergas, so dass auch die Innenflächen der Elektrodenkörper an der Kühlung beteiligt werden und damit eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird. Die Umhüllungen 11, 12 mit ihren Innenteilen, wie z. B. einer Führung für das Trennrohr 8, bilden gleichzeitig Abschirmungen für die Kontakte der Elektroden und die mechanischen Elektrodenteile.
Für eine gute Konvektion des Isoliergases sind die Schlitze im Mantelteil der Umhüllung entsprechend der für den Trenner vorgesehenen Einbaulage ausgerichtet. Für senkrechte oder horizontale Einbaulage werden die Schlitze paral lel bzw. senkrecht zur Elektroden-Längsachse verlaufen und bei einer vorgesehenen schrägen Einbaulage werden die Schlitze schräg zur Elektrodenachse ausgerichtet sein. Der Mantelteil kann auch parallel zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze und senkrecht zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze enthalten, so dass der Trenner sowohl in horizontaler wie in vertikaler Lage in die Hochspannungs-Schaltanlage eingebaut werden kann, ohne dass eine herabgeminderte Kühlwirkung zu erwarten ist. Statt der Schlitze können auch kreisrunde oder ovale Löcher vorgesehen werden und ebenso sind Kombinationen von Löchern und Schlitzen wirksam.
Fig. 2 zeigt einen Trenner mit Elektroden 4, 5 einer Ausführungsvariante für besonders grosse Kühlwirkung. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Trenner sind die Elektroden 4, 5 in dem Metallgehäuse 1 durch isolierende Durchführungen 2, 3 gehalten. Die Elektroden-Metallkörper bilden von aussen gesehen auch hier kreisrunden oder ovalen Querschnitt aufweisende Umhüllungen 11, 12 mit diversen Schlitzen 19 und Löchern 20. Der Metallkörper der unteren Elektrode 5, die den Festkontakt enthält, besteht aus zwei Teilen. Das Anschlussstück 21, das in der isolierenden Durchführung 3 gehalten ist, erweitert sich am inneren Ende schalenförmig und bildet den zur isolierenden Durchführung 3 hin konvexen Endkappenteil 16 der Umhüllung 12. Der Rand der schalenförmigen Erweiterung ist mit ausreichendem Krümmungsradius einwärtsgebogen. Auf dieser Schale 16 ist ein zweites Elektrodenstück aufgesetzt.
Dieses zweite Elektrodenstück 22 besteht im wesentlichen aus einem topfförmigen Mittelteil 22a für die Aufnahme des Trennrohrs 8, dessen oberer Rand mit ausreichendem Krümmungsradius in den zur Trennstrecke hin konvexen Endkappenteil 14 der Umhüllung 12 übergeht.
Der topfförmige Mittelteil 22 trägt, im dargestellten Ausführungsbeispiel, zwei zueinander parallele kreisrunde oder ovale Ringscheiben 23, deren Aussenrand in einen abgerundeten umlaufenden Wulst 24 übergeht. Die Aussenfläche des Wulstes 24 bildet einen Teil der Mantelfläche der Umhüllung 12. Zwischen dem Rand des unteren Endkappenteils 16 und dem Wulst 24 der unteren Scheibe 23, zwischen den Wülsten 24 der beiden Scheiben 23 sowie zwischen dem Wulst 24 der oberen Scheibe und dem Rand des oberen Endkappenteiles 14 ist je ein Schlitz 19 vorhanden. Enthält die Elektrode 5 z. B. einen Einrastteil 25 für einen Erdungsstift, so sind die Scheiben 23 an der betreffenden Stelle ausgeschnitten. Durch die Scheiben 23 wird die wirksame Kühlfläche wesentlich vergrössert.
Die obere Elektrode 4 ist ähnlich aufgebaut wie die untere Elektrode 5. Der zylindrische Mittelteil 22a ist länger als bei der unteren Elektrode und enthält das Trennrohr 8 sowie die mechanischen Antriebsteile, an die die Drehsäule 6 angreift. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Mittelteil 22a nur eine Scheibe 23 und anstelle einer zweiten Scheibe einen höheren topfförmigen Teil 26, zwischen dessen Boden und dem Rand des Endkappenteils 15 ein für die Aufnahme des Drehsäulenendes ausreichend weiter Schlitz 19a vorhanden ist.
Wie bei der unteren Elektrode sind in der Umhüllung 11 zwischen dem Wulst 24 der Scheibe 23 und dem Rand des Endkappenteiles 13 auf der einen Seite und dem Rand des topfförmigen Teiles 26 auf der anderen Seite je ein Schlitz 19 vorgesehen, durch den Isoliergas strömen kann, so dass von diesem auch die Innenflächen der Umhül- lung 11 bespült werden. Um eine Gasströmung in dem topfförmigen Teil 26 zu erleichtern, weist dessen Wandung Ausnehmungen, z. B. Löcher 20 auf.
Die Elektroden-Metallkörper können aus Aluminiumoder Kupfergas bestehen und auch aus mehreren Teilen zusammensetzbar sein, wobei lediglich darauf zu achten ist, dass ein guter Wärmekontakt zwischen den einzelnen Teilen gewährleistet ist.